虚拟现实技术在广播电视领域的应用

汪谢玲

（安徽省桐城市融媒体中心，安徽 安庆 231408）

0 引言

本文深入探讨虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术及其在广播电视领域的应用，通过对虚拟摄像机、虚拟演播室、虚拟数字人和虚幻引擎等关键技术的详细剖析，旨在揭示这些创新技术如何推动广播电视行业的发展，为节目创作和观众体验带来全新的可能性。期望通过本文的研究，为VR 技术的未来发展提供有益启示。

1 VR 技术概述

1.1 定义和基本原理

VR 是一种计算机技术，通过模拟感官体验，将用户沉浸于虚构的环境中。其基本原理包括感知、互动和沉浸。感知是指通过视觉、听觉等感官模拟现实世界，互动支持用户通过设备和系统与虚拟环境进行实时交互，而沉浸则创造出一种身临其境的感觉。VR 技术依赖头戴式显示器、传感器和计算机图形学等核心组成部分。通过不断创新和发展，VR 已成为一项综合技术，推动了娱乐、医疗及教育等多个领域的变革，为用户提供了全新的体验和交互方式[1]。

1.2 主要技术组成

VR 技术由多种关键技术组成，共同构建出引人入胜的沉浸式体验。近眼显示技术是VR 的基础，通过头戴式显示器将虚拟环境投射到用户视网膜上，创造逼真的视觉感受。渲染处理技术负责处理和呈现虚拟场景的图形，确保高质量的视觉效果。感知交互技术使用户能够与虚拟环境进行实时互动，包括手势识别、眼球追踪和触觉反馈等技术，增强用户在虚拟世界中的身临其境感。网络传输技术是VR 关键技术之一，确保实时、流畅的虚拟体验。快速的数据传输和低延迟对于保持用户的沉浸感至关重要。内容生产技术涉及虚拟场景、角色建模、动画制作等方面，是创造引人入胜体验的关键。压缩编码技术用于管理大量图像和视频数据，提高传输效率。安全可信技术涉及用户隐私和数据保护，确保VR 环境的安全性，包括身份验证、数据加密和防病毒措施，维护用户信息的安全。这些技术协同作用，使VR 成为一项全面、复杂的科技，推动了其在娱乐、医疗、培训等领域的广泛应用[2]。

1.3 发展历程和现状

VR 技术经历了持续而迅猛的发展。VR 起源于20 世纪六七十年代的实验性阶段，逐渐演进为可商业化应用的技术。20 世纪90 年代初，首批商用头戴式显示器出现。然而，由于技术限制和市场需求不足，VR 在此后几年进入了相对低迷的时期。近年来，随着计算能力、传感器技术和图形处理能力的显著提升，VR 迎来了新一轮的繁荣。大量行业投资、创新应用和用户接受度的提高，使VR 技术在娱乐、医疗、教育等领域取得显著进展，成为科技领域备受关注的前沿技术之一。《虚拟现实与行业应用融合发展行动计划（2022—2026 年）》指出，虚拟现实产业发展战略窗口期已然形成，虚拟现实关键器件、终端外设、业务运营平台、内容生产工具、专用信息基础设施的产业化供给能力大幅度提升[3]。

2 VR 技术在广播电视中的应用

2.1 虚拟摄像机在广播电视领域的应用

虚拟摄像机技术在广播电视领域的应用呈现出革命性的变革。通过虚拟摄像机，制片人能够轻松创建虚拟场景，无须实际搭建复杂的布景。这种技术通过计算机图形学和实时渲染，使得观众可以感受到身临其境的视觉效果。虚拟摄像机不仅为广播制作提供了更大的创意自由度，还显著减少了制作成本和时间。在实时直播中，虚拟摄像机技术能够将实况内容与虚拟元素相结合，为观众呈现更为丰富、引人入胜的视听体验。这项技术的成功应用拓展了广播电视的创作空间，使得节目制作更具创新性和互动性，为观众带来了全新的视觉享受。

以4K花园公司研发的国内首个专业级、多机位、8K 3D VR 直播系统满天星为例，虚拟摄像机在这个直播系统中占据重要地位，支持实时8K 50p VR影像拼接校正和输出，通过配备多套8K 3D VR 摄像机，支持VR 现场直播、转播等活动，被广泛应用于大型活动、赛事、演出、文旅、直播电商等8K VR现场直播等活动中，在移动咪咕街舞大赛、国家大剧院演出等活动中取得显著成绩。如4K 花园与咪咕视频合作的《动感地带·2022 中国街舞联赛（上海站）暨中国国家霹雳舞队选拔赛》，4K 花园公司为比赛活动配备了完整的8K 3D VR 多机位现场转播系统，布置6 个8K 3D VR 转播机位，通过虚拟摄像机采集不同角度的超高清画面，并向咪咕平台推送2D 4K 360°VR 全景、3D 4K 和8K 180°立体VR三种不同的VR 直播信号[4]。

2.2 虚拟演播室在广播电视领域的应用

虚拟演播室技术在广播电视领域的应用，为传统演播室注入了新的活力。这项技术通过将现实主持人嵌入虚拟场景，创造出逼真的背景和特效，提高了电视节目的视觉吸引力。主持人可以在实际物理空间中与虚拟元素进行互动，营造出独特而生动的节目氛围。虚拟演播室技术不仅为广播制作带来了更大的创意空间，还极大地提升了制作效率，减少了实际搭建演播室的成本和时间。这一技术使得观众沉浸在更具艺术感和创新性的电视节目中，推动了广播电视行业向VR 技术的转型，为节目制作和观众体验带来了新的可能性。

虚拟演播室由发光二极管（Light Emitting Diode，LED）显示屏、渲染服务器、合成服务器、相机追踪系统、灯光系统、摄像系统及音响系统等组成，具有沉浸式空间透视、相机追踪、人体捕捉、实时渲染以及增强现实特效等功能。虚拟演播室包括VP 摄影棚、拓展现实（Extended Reality，XR）延展拍摄两种虚拟制作方式，被广泛应用于电影、电视节目、娱乐节目等制作中。以2021 年爱奇艺云演出产品“虚实之城”沉浸式虚拟演唱会为例，依托虚拟演播室XR 延展拍摄、虚拟制作等技术，实现粉丝与偶像的“跨时空互动”。此次演唱会采用了多个XR 虚拟机位与影视级制作设备，支持实时渲染，为不同曲风的虚拟场景制作提供技术支持，将原始丛林、埃及金字塔、狮身人面像等场景完美呈现，带给观众极具视觉冲击力的沉浸式视听体验[5]。

2.3 虚拟数字人在广播电视领域的应用

虚拟数字人技术在广播电视领域的应用，为节目创意和制作注入了新的活力。这一技术通过数字建模和动画技术，创造出逼真的虚拟主持人、演员或角色，为节目增添独特的人物魅力。虚拟数字人可以应用于不同节目形式，从新闻主播到娱乐节目的主持人，甚至是虚拟演员。其灵活性和互动性使其成为吸引观众、提高娱乐价值的强大工具。此外，虚拟数字人的应用还拓展了广播电视行业的商业机会，如虚拟代言人、广告模特等。这一技术的不断创新，推动了电视节目制作的前沿，为观众呈现更富创意和未来感的电视内容。

以湖南芒果无际科技有限公司虚拟数字人在超高清视频领域的应用——《你好，星期六》虚拟数字主持人“小漾”为例，其以独创的虚拟数字人技术为基础，展示了该公司在数字人实时驱动和深度学习领域的引领地位。通过先进的技术解决方案，小漾以周播形式呈现，实现了数字主持人的历史性突破。该公司通过搭建基于深度学习的虚拟人算法架构，进行大量数据训练，确保小漾在节目中呈现出高度逼真和流畅的表现，不仅推动了超高清视频制作的技术创新，也为数字主持人在电视娱乐领域的应用开创了新的可能性。此外，虚拟数字主播洛天依、元小雅、柳夜熙、Vince 等也被广泛应用于广播电视领域，如2020 年浙江卫视音乐类综艺《天赐的声音》收官之战中，除了常驻音乐合伙人、过往飞行嘉宾，虚拟歌手洛天依也首次亮相大型音乐综艺节目，与张韶涵同台演绎热门歌曲《芒种》，与白举纲共同演唱洛天依名曲《万古生香》，带给观众全新的音乐综艺视听体验[6]。

2.4 虚幻引擎在广播电视领域的应用

虚幻引擎技术在广播电视领域的应用，彰显了其在实时渲染和VR 领域的强大潜力。虚幻引擎通过高度灵活和可定制的游戏引擎平台，为广播电视制作提供了先进的图形效果和互动性。其实时渲染功能使得制片人能够在实况节目中即时插入高质量的虚拟元素，创造引人入胜的视觉效果。虚幻引擎还支持VR 和增强现实技术，为观众提供沉浸式体验。在广播电视行业，虚幻引擎的应用范围涵盖了节目制作、特效增强及虚拟演播室等多个方面，为电视节目赋予了更高水平的创意和技术实现，推动了广播电视体验的革新。

以虚幻引擎5 在音乐领域的应用为例，虚幻引擎可创作人工智能（Artificial Intelligence，AI）音乐录影带，通过虚幻引擎的MetaHuman 技术与AI 算法的结合，仅凭文本描述就为音乐录影带《Coherence》生成了大部分镜头；通过MetaHuman数据库中3 张面孔的元素，使用iOS 系统的Live Link Face 应用，为角色制作面部表情动画；使用Quixel 构建视频的虚幻引擎环境，使用3 套独立的AI 算法生成虚幻引擎输出，营造最终的大友克洋风格。虚幻引擎，帮助创作者轻松创建极其精细的角色和城市环境，缩短了《Coherence》镜头画面制作时间[7]。

3 结语

本文详细研究了VR 技术及其在广播电视领域的应用，通过深入剖析关键技术和实际案例，揭示了VR 技术对广播电视的深刻影响。未来，VR 技术将继续引领广播电视创新，提升用户体验，创造更具交互性和创意性的内容。